专利名称：基于激光干涉光刻的分布反馈式有机半导体激光器制作方法
技术领域：
本发明属于纳米光电子材料及器件技术领域，涉及利用激光干渉光刻方法制作大面积的纳米光栅，把有机半导体溶液旋涂在纳米光栅上即可得到周期可控的ー維和ニ维分布反馈式有机半导体激光器。
背景技术：
分布反馈式有机半导体激光器是国际上广泛关注的研究课题，在实际应用和基础研究中都具有重要意义。分布反馈式结构的传统制作方法有电子束光刻、反应离子束刻蚀、纳米压印技术等，但这些方法エ艺复杂、设备昂贵、效率低，不利于分布反馈式有机半导体激光器的实用应用开发。而干涉光刻具有エ艺简单，能够低成本地制作大面积无缺陷的各种光子晶格。将干涉光刻引入分布反馈式结构的制作具有重要的应用价值。
发明内容
本发明目的是提出ー种利用激光干渉光刻制作分布反馈式激光器的腔结构，再将有机半导体旋涂在分布反馈式结构上，得到一维或ニ维有机半导体激光器。本发明中有机半导体激光器制备技术具体方案如下I)将记录介质旋涂在基底上，旋涂速度为500-4000rpm，以转速为1800rpm时为最佳，获得厚度均匀的记录介质薄膜，薄膜的厚度为50-500nm ；2)将激光干涉图案与记录介质薄膜作用，形成高质量的记录介质分布反馈式结构，激光干渉光刻技术制备记录介质分布反馈式结构的光路示意图见图I ;3)将荧光发射有机半导体材料溶解于有机溶剂中，制成浓度为10_150mg/ml的有机半导体溶液；4)将有机半导体溶液旋涂在记录介质分布反馈式结构上，旋涂速度为500-4000rpm,以转速为2000rpm时为最佳，获得厚度均勻的有机半导体薄膜，薄膜厚度的为 50_500nm。在上述已实现的ー维记录介质分布反馈式结构的基础上，将样品绕其法线旋转90°，再进行第二次干渉曝光，即可实现ニ维记录介质分布反馈式结构的制备。所述的荧光发射有机半导体材料为9，9_ ニ辛基芴-2，7)-交替共聚-(1，4-{2，1’，3}_苯并噻ニ唑)(F8BT)，(9，9-ニ辛基芴-2，7)-共聚-ニ (4-甲氧基苯基)-芴(F8DP)，(9，9_ ニ辛基芴_2，7)_共聚-双-N，N’ -(4-丁基苯基)-双-N，N’ -苯基-1，4_苯ニ胺(PFB)等；所述的有机溶剂为ニ甲苯、甲苯、氯苯、ニ氯苯、苯、三氯甲烷、环己烷、戊烷、己烷或辛烷中的ー种；基底选自玻璃、ITO玻璃、FTO玻璃、石英片或者硅片等；干涉灼蚀紫外激光光源为波长小于等于400nm的高能量脉冲激光。本发明的优势特点I)本发明方法无需使用昂贵的设备，成本低，可制备大面积无缺陷的ー维、ニ维分布反馈式有机半导体激光器，重复性好，制备效率高。2)本发明所制备的分布反馈式有机半导体激光器周期可控。通过改变干渉光路的干涉角ct ,便可制备周期为200nm-2000nm的记录介质分布反馈式结构。3)本发明所制备的ニ维有机半导体激光器结构可控。通过多光束单次曝光或双光束多次曝光同时改变P角，便可制备各种ニ维周期、准晶和非晶结构。
图I、激光干渉光刻技术制备分布反馈式结构的光路示意图其中，I为脉冲紫外激光器；2为扩束用透镜组；3为介质膜全反镜；4为分束镜；5为待加工的样品图2、所获得的ー维记录介质分布反馈式结构的原子力显微镜(AFM)照片
具体实施例方式实施例I :一维有机半导体纳米光栅结构的制备(一维结构)I)将记录介质S1805光刻胶旋涂在玻璃基底上。旋涂速度为1800rpm，相应的膜厚为500nm ；2)将上述制备的光刻胶薄膜样品置于干涉光路中，如图I所示，其中两光束的夹角a = 22°，干渉光刻所用激光波长为355nm，即可在光刻胶薄膜上记录下干涉条纹，然后将光刻胶样品进行显影、定影，即可得到周期性的ー维分布反馈式结构；3)所制备的ー维分布反馈式结构的原子力显微图像如图2所示，在a =22°的情况下，所制备的有机半导体光栅的周期为355nm。4)将有机半导体F8BT溶解于甲苯或ニ甲苯等有机溶剂中，制成浓度为15mg/ml的F8BT有机半导体溶液；5)将F8BT有机半导体溶液旋涂在记录介质分布反馈式结构上，得到ー维分布反馈式有机有机半导体激光器。旋涂速度为lOOOrpm，相应的膜厚为200nm。实施例2 :ニ维分布反馈式结构的制备(ニ维正方结构)在实施例I已实现的ー维分布反馈式结构制备技术的基础上，将样品绕其法线旋转90。，再进行第二次干渉曝光，即可实现ニ维分布反馈式结构的制备；然后将F8BT有机半导体溶液旋涂在记录介质分布反馈式结构上，即可得到ニ维分布反馈式有机有机半导体激光器。实施例3 :ニ维分布反馈式结构的制备(ニ维三角结构)在实施例I已实现的ー维分布反馈式结构制备技术的基础上，将样品绕其法线旋转60°，再进行第二次干渉曝光，即可实现ニ维分布反馈式结构的制备；然后将F8BT有机半导体溶液旋涂在记录介质分布反馈式结构上，即可得到ニ维分布反馈式有机有机半导体激光器。实施例4 :一维有机半导体纳米光栅结构的制备I)将记录介质S1805光刻胶旋涂在玻璃基底上。旋涂速度为1800rpm，相应的膜厚为500nm ；2)将上述制备的光刻胶薄膜样品置于干涉光路中，如图I所示，其中两光束的夹角a = 22°，激光波长为355nm，即可在光刻胶薄膜上记录下干涉条纹，然后将光刻胶样品进行显影、定影，即可得到周期性的ー维分布反馈式结构；3)将有机半导体F8BT溶解于甲苯或ニ甲苯等有机溶剂中，制成浓度为25mg/ml的F8BT有机半导体溶液；4)将F8BT有机半导体溶液旋涂在记录介质分布反馈式结构上，得到ー维分布反馈式有机有机半导体激光器。旋涂速度为1400rpm，相应的膜厚为200nm。实施例5 :—维有机半导体纳米光栅结构的制备I)将记录介质S1805光刻胶旋涂在玻璃基底上。旋涂速度为1800rpm，相应的膜厚为500nm ；2)将上述制备的光刻胶薄膜样品置于干涉光路中，如图I所示，其中两光束的夹角a = 22°，激光波长为355nm，即可在光刻胶薄膜上记录下干涉条纹，然后将光刻胶样品进行显影、定影，即可得到周期性的ー维分布反馈式结构；3)将有机半导体PFB溶解于甲苯或ニ甲苯等有机溶剂中，制成浓度为15mg/ml的PFB有机半导体溶液；4)将PFB有机半导体溶液旋涂在记录介质分布反馈式结构上，得到ー维分布反馈式有机有机半导体激光器。旋涂速度为lOOOrpm，相应的膜厚为200nm。实施例6 :—维有机半导体纳米光栅结构的制备I)将记录介质S1805光刻胶旋涂在硅片基底上。旋涂速度为2000rpm，相应的膜厚为500nm ；2)将上述制备的光刻胶薄膜样品置于干涉光路中，如图I所示，其中两光束的夹角a = 22°，激光波长为355nm，即可在光刻胶薄膜上记录下干涉条纹，然后将光刻胶样品进行显影、定影，即可得到周期性的ー维分布反馈式结构；3)将有机半导体F8BT溶解于甲苯或ニ甲苯等有机溶剂中，制成浓度为15mg/ml的F8BT有机半导体溶液；4)将F8BT有机半导体溶液旋涂在记录介质分布反馈式结构上，得到ー维分布反馈式有机有机半导体激光器。旋涂速度为lOOOrpm，相应的膜厚为200nm。实施例7 :—维有机半导体纳米光栅结构的制备I)将记录介质S1805光刻胶旋涂在玻璃基底上。旋涂速度为1800rpm，相应的膜厚为500nm ；2)将上述制备的光刻胶薄膜样品置于干涉光路中，如图I所示，其中两光束的夹角a = 22°，激光波长为355nm，即可在光刻胶薄膜上记录下干涉条纹，然后将光刻胶样品进行显影、定影，即可得到周期性的ー维分布反馈式结构；3)将有机半导体PFB溶解于甲苯或ニ甲苯等有机溶剂中，制成浓度为15mg/ml的PFB有机半导体溶液；4)将PFB有机半导体溶液旋涂在记录介质分布反馈式结构上，得到ー维分布反馈式有机有机半导体激光器。旋涂速度为800rpm，相应的膜厚为300nm。 实施例8 :一维有机半导体纳米光栅结构的制备I)将记录介质S1805光刻胶旋涂在玻璃基底上。旋涂速度为1800rpm，相应的膜厚为500nm ；
2)将上述制备的光刻胶薄膜样品置于干涉光路中，如图I所示，其中两光束的夹角a = 22°，激光波长为355nm，即可在光刻胶薄膜上记录下干涉条纹，然后将光刻胶样品进行显影、定影，即可得到周期性的ー维分布反馈式结构；3)将有机半导体F8BT溶解于三氯甲烷或环己烷等有机溶剂中，制成浓度为15mg/ml的F8BT有机半导体溶液；4)将F8BT有机半导体溶液旋涂在记录介质分布反馈式结构上，得到ー维分布反馈式有机有机半导体激光器。旋涂速度为lOOOrpm，相应的膜厚为200nm。实施例9 :一维有机半导体纳米光栅结构的制备I)将记录介质S1805光刻胶旋涂在玻璃基底上。旋涂速度为1800rpm，相应的膜厚为500nm ；
2)将上述制备的光刻胶薄膜样品置于干涉光路中，如图I所示，其中两光束的夹角a = 36°，激光波长为405nm，即可在光刻胶薄膜上记录下干涉条纹，然后将光刻胶样品进行显影、定影，即可得到周期性的ー维分布反馈式结构；3)将有机半导体F8BT溶解于甲苯或ニ甲苯等有机溶剂中，制成浓度为15mg/ml的F8BT有机半导体溶液；4)将F8BT有机半导体溶液旋涂在记录介质分布反馈式结构上，得到ー维分布反馈式有机有机半导体激光器。旋涂速度为lOOOrpm，相应的膜厚为200nm。
权利要求
1.基于激光干渉光刻的分布反馈式有机半导体激光器制作方法，其特征在于，包括以下步骤 1)将记录介质旋涂在基底上，旋涂速度为500-4000rpm，获得厚度均匀的记录介质薄膜，薄膜的厚度为50-500nm; 2)将激光干涉图案与记录介质薄膜作用，形成高质量的记录介质分布反馈式结构； 3)将荧光发射有机半导体材料溶解于有机溶剂中，制成浓度为10-150mg/ml的有机半导体溶液； 4)将有机半导体溶液旋涂在记录介质分布反馈式结构上，旋涂速度为500-4000rpm,获得厚度均匀的有机半导体薄膜，薄膜厚度的为50-500nm。
2.按照权利要求I的方法，其特征在于，步骤2)还包括在上述已实现的一维记录介质分布反馈式结构的基础上，将样品绕其法线旋转90°，再进行第二次干渉曝光。
3.按照权利要求I的方法，其特征在于，所述的荧光发射有机半导体材料为9，9_ニ辛基芴-2,7)-交替共聚-(1，4-{2，I’，3}-苯并噻ニ唑)(F8BT), (9,9- ニ辛基芴_2，7)-共聚-ニ(4-甲氧基苯基)-芴(F8DP), (9,9- ニ辛基芴-2,7)-共聚-双-N，N，- (4- 丁基苯基)-双-N，N，-苯基-I，4-苯ニ胺(PFB)。
4.按照权利要求I的方法，其特征在于，有机溶剂为ニ甲苯、甲苯、氯苯、ニ氯苯、苯、三氯甲烷、环己烷、戊烷、己烷或辛烷中的ー种。
5.按照权利要求I的方法，其特征在于，基底选自玻璃、ITO玻璃、FTO玻璃、石英片或者娃片。
6.按照权利要求I的方法，其特征在于，干涉灼蚀紫外激光光源为波长小于等于400nm的高能量脉冲激光。
全文摘要
本发明公开了基于激光干涉光刻的分布反馈式有机半导体激光器制作方法，属于纳米光电子材料及器件技术领域，包括以下步骤1)将记录介质旋涂在基底上，获得厚度为50-500nm的均匀的记录介质薄膜；2)将激光干涉图案与记录介质薄膜作用，形成高质量的记录介质分布反馈式结构；3)将荧光发射有机半导体材料溶解于有机溶剂中；4)将有机半导体溶液旋涂在记录介质分布反馈式结构上，获得厚度均匀的有机半导体薄膜，薄膜厚度的为50-500nm。本发明成本低，可制备大面积无缺陷的一维、二维分布反馈式有机半导体激光器，重复性好，制备效率高，制备的二维有机半导体激光器结构可控。
文档编号H01S5/12GK102651534SQ20111004348
公开日2012年8月29日 申请日期2011年2月23日 优先权日2011年2月23日
发明者张新平, 翟天瑞 申请人:北京工业大学